JPH02142183A - 固体撮像素子の駆動方法 - Google Patents
固体撮像素子の駆動方法Info
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- JPH02142183A JPH02142183A JP63296660A JP29666088A JPH02142183A JP H02142183 A JPH02142183 A JP H02142183A JP 63296660 A JP63296660 A JP 63296660A JP 29666088 A JP29666088 A JP 29666088A JP H02142183 A JPH02142183 A JP H02142183A
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- Pending
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 12
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 17
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 claims description 13
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 5
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 claims description 4
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 238000010408 sweeping Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
- H10F39/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one element covered by group H10F30/00, e.g. radiation detectors comprising photodiode arrays
- H10F39/10—Integrated devices
- H10F39/12—Image sensors
- H10F39/15—Charge-coupled device [CCD] image sensors
- H10F39/153—Two-dimensional or three-dimensional array CCD image sensors
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
- H04N25/50—Control of the SSIS exposure
- H04N25/53—Control of the integration time
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Multimedia (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明はＣＣＤ等の固体撮像素子の駆動方法に関し、特
に固体撮像素子を用いた固体撮像装置の露光量の制御方
法に関する。
に固体撮像素子を用いた固体撮像装置の露光量の制御方
法に関する。
固体撮像装置に限らず、露光量の制御方法は、日米より
レンズの絞りとシャッタースピードを組合せることによ
り実現されている。ビデオカメラの場合、シャッタース
ピードは、そのテレビジョンフォーマットのフィールド
周波数により決定され、例えばＮＴＳＣフォーマットで
は１７６０秒となっている９従って、入射光量の変化に
従って絞りを調節し露光量の最適化を行っていた。また
、さらに露光量の調節を行うべくカメラの利得を変化さ
せたりレンズにＮＤフィルターを挿入する等の対策も行
われている。しかし、近年、固体撮像素子が実用化され
ることもない、様々な駆動方法が開発され、特に電子シ
ャッターは、光電変換された電荷の一部をドレインに掃
き出すことにより動解像度を高めたもので露光量の制御
をも同時に実現している。
レンズの絞りとシャッタースピードを組合せることによ
り実現されている。ビデオカメラの場合、シャッタース
ピードは、そのテレビジョンフォーマットのフィールド
周波数により決定され、例えばＮＴＳＣフォーマットで
は１７６０秒となっている９従って、入射光量の変化に
従って絞りを調節し露光量の最適化を行っていた。また
、さらに露光量の調節を行うべくカメラの利得を変化さ
せたりレンズにＮＤフィルターを挿入する等の対策も行
われている。しかし、近年、固体撮像素子が実用化され
ることもない、様々な駆動方法が開発され、特に電子シ
ャッターは、光電変換された電荷の一部をドレインに掃
き出すことにより動解像度を高めたもので露光量の制御
をも同時に実現している。
第４図に電子シャッターを実現するデバイスの構造と、
第５図に１回のシャッター動作時に光電変換素子１に蓄
積された電荷量の時間の変化を示す。入射した光は光電
変換素子１によって光電変換され、電荷が蓄積される。
第５図に１回のシャッター動作時に光電変換素子１に蓄
積された電荷量の時間の変化を示す。入射した光は光電
変換素子１によって光電変換され、電荷が蓄積される。
すなわち、■フィールド間同じ強度の光が入射すれば第
５図のように、ｔｏ”＝ｔ２まで直線的に増加すること
になる。しかし、ある時点ｔ、においてオーバーフロー
制御ゲート電極にパルスを印加し、光電変換素子１の電
荷をオーバーフロードレイン７に掃き出し、クリアする
ことにより垂直転送レジスタ２に読み出す時点、すなわ
ちｔ２のタイミングにおける出力を通常−動作時の（ｔ
２ ｔｌ）／（ｔ２ ｔｏ）にすることができる。
５図のように、ｔｏ”＝ｔ２まで直線的に増加すること
になる。しかし、ある時点ｔ、においてオーバーフロー
制御ゲート電極にパルスを印加し、光電変換素子１の電
荷をオーバーフロードレイン７に掃き出し、クリアする
ことにより垂直転送レジスタ２に読み出す時点、すなわ
ちｔ２のタイミングにおける出力を通常−動作時の（ｔ
２ ｔｌ）／（ｔ２ ｔｏ）にすることができる。
すなわち、蓄積時間を等制約にｔｌからｔ２までとする
ことにより、動解像後を向上させシャッター動作を実現
するとともに露光量の調節を可能としていた。
ことにより、動解像後を向上させシャッター動作を実現
するとともに露光量の調節を可能としていた。
しかしながら、このシャッター動作による露光量の制御
は動解像度は向上するものの、テレビジョンフォーマッ
トの制約から１７６０秒毎の間欠映像となるために特に
シャッタースピードを高速に設定した場合動作が不連続
となり異和感を伴うという欠点がある。
は動解像度は向上するものの、テレビジョンフォーマッ
トの制約から１７６０秒毎の間欠映像となるために特に
シャッタースピードを高速に設定した場合動作が不連続
となり異和感を伴うという欠点がある。
本発明は同一半導体基板上に光電変換素子とこれに隣接
する読み出しゲートと垂直転送レジスタとオーバーフロ
ードレインとを有する撮像領域と、垂直転送レジスタと
水平転送レジスタとを有する蓄積領域とを備え前記撮像
領域と前記蓄積領域の垂直転送レジスタがそれぞれ個別
の印加パルスにより独立に駆動可能であり、かつ撮像領
域に設けられたオーバーフロードレインにより瞬時に電
荷のクリア動作が可能な固体撮像素子において、１フィ
ールド期間中に光電変換素子から撮像領域の垂直転送レ
ジスタへ電荷を読み出す動作及びオーバーフロードレイ
ンへの電荷のクリア動作を複数回行う固体撮像素子の駆
動方法を得る。
する読み出しゲートと垂直転送レジスタとオーバーフロ
ードレインとを有する撮像領域と、垂直転送レジスタと
水平転送レジスタとを有する蓄積領域とを備え前記撮像
領域と前記蓄積領域の垂直転送レジスタがそれぞれ個別
の印加パルスにより独立に駆動可能であり、かつ撮像領
域に設けられたオーバーフロードレインにより瞬時に電
荷のクリア動作が可能な固体撮像素子において、１フィ
ールド期間中に光電変換素子から撮像領域の垂直転送レ
ジスタへ電荷を読み出す動作及びオーバーフロードレイ
ンへの電荷のクリア動作を複数回行う固体撮像素子の駆
動方法を得る。
次に、本発明について図面を参照して説明する。
第１図（ａ）は本発明の駆動方法が可能な固体撮像素子
の一構成図である。第１図（ｂ）は第１図（ａ）の構造
における本発明の駆動タイミングチャートである。第１
図（ａ）は一般的なフレームインターライン型の固体撮
像素子である。この素子に第１図（ｂ）のφＶｌ、φｖ
２のように撮像部の垂直転送レジスタをＴｏからＴ１の
開動作させた後、停止させておけば、その後φＲＯのパ
ルスにより複数回読み出された電荷は垂直転送レジスタ
間で順次加算されることになる。したがって、この順次
加算される電荷量がφＲＯ印加されるパルス間隔に相当
する期間内で制御できれば、この制御量が直接露光量を
決定できる。本例では、このパルス間隔を５ライン分と
して、この間にφＣＲのパルスを印加しφＲＯのパルス
が印加されてから後蓄積された電荷量をクリアし制御を
行っている（第１図（ｂ））。すなわちＴ、からＴ、ま
での５ラインの間のＴ４のタイミングにおいてφＣＲの
パルスを印加し、実効的な露光期間をＴ、からＴ、まで
の期間としている。これからφＣＲのパルス印加タイミ
ングを前後に移動することによって露光量を自由に調整
できることになる。
の一構成図である。第１図（ｂ）は第１図（ａ）の構造
における本発明の駆動タイミングチャートである。第１
図（ａ）は一般的なフレームインターライン型の固体撮
像素子である。この素子に第１図（ｂ）のφＶｌ、φｖ
２のように撮像部の垂直転送レジスタをＴｏからＴ１の
開動作させた後、停止させておけば、その後φＲＯのパ
ルスにより複数回読み出された電荷は垂直転送レジスタ
間で順次加算されることになる。したがって、この順次
加算される電荷量がφＲＯ印加されるパルス間隔に相当
する期間内で制御できれば、この制御量が直接露光量を
決定できる。本例では、このパルス間隔を５ライン分と
して、この間にφＣＲのパルスを印加しφＲＯのパルス
が印加されてから後蓄積された電荷量をクリアし制御を
行っている（第１図（ｂ））。すなわちＴ、からＴ、ま
での５ラインの間のＴ４のタイミングにおいてφＣＲの
パルスを印加し、実効的な露光期間をＴ、からＴ、まで
の期間としている。これからφＣＲのパルス印加タイミ
ングを前後に移動することによって露光量を自由に調整
できることになる。
第２図に光電変換素子の蓄積電荷量と垂直転送レジスタ
の蓄積電荷量の時間変化を実線と点線で示す。Ｔ３．
Ｔ５・・・・・・によりαづつ電荷量が増加してゆく。
の蓄積電荷量の時間変化を実線と点線で示す。Ｔ３．
Ｔ５・・・・・・によりαづつ電荷量が増加してゆく。
この−回当りの電荷量がφＲＯのパルス間隔に対するφ
ＲＯとφＣＲのパルス間隔の比で決定されていることが
わかる。
ＲＯとφＣＲのパルス間隔の比で決定されていることが
わかる。
この方法によれば５ライン周期で何らかの映像情報が得
られるところからシャッター動作で露光制御するような
間欠画像にはならずテレビジョンフォーマットにのっと
ったシャッタースピードでの適切な露光制御が可能とな
る。
られるところからシャッター動作で露光制御するような
間欠画像にはならずテレビジョンフォーマットにのっと
ったシャッタースピードでの適切な露光制御が可能とな
る。
また本例では制御間隔を５ラインとしたがカメラの使用
目的等によりこれを変更することや画像へのパルスの飛
び込み等のためパルスを水平ブランキング期間内で印加
する、また１フィールド内での全露光量が一定に制御で
きればよいので１回当りの露光量を等しくする必要がな
いことは言うまでもない。
目的等によりこれを変更することや画像へのパルスの飛
び込み等のためパルスを水平ブランキング期間内で印加
する、また１フィールド内での全露光量が一定に制御で
きればよいので１回当りの露光量を等しくする必要がな
いことは言うまでもない。
第３図（ａ）は本発明の駆動方法を適用可能な光電変換
素子の構造断面図である。光電変換素子１はｎ基板１４
の上のＰウェル１３に形成されてお１［型オーバーフロ
ードレイン構造となっている。
素子の構造断面図である。光電変換素子１はｎ基板１４
の上のＰウェル１３に形成されてお１［型オーバーフロ
ードレイン構造となっている。
Ｐウェル１３に光電変換素子ｌと垂直転送レジスタ２と
が設けられており、基板１４上には垂直転送レジスタの
転送電極４と遮光層６とが設けられている。転送電極４
下の領域３は読出しゲート部である。この構造では第３
図（ｂ）のようにｎ基板１４に通常のブルーミング制御
電圧ＶＢにＶ。Ｒまでのパルスを印加することにより光
電変換素子の蓄積電荷量をクリアすることができる。従
って第１図（ａ）と同様本発明の露光制御が可能となる
。
が設けられており、基板１４上には垂直転送レジスタの
転送電極４と遮光層６とが設けられている。転送電極４
下の領域３は読出しゲート部である。この構造では第３
図（ｂ）のようにｎ基板１４に通常のブルーミング制御
電圧ＶＢにＶ。Ｒまでのパルスを印加することにより光
電変換素子の蓄積電荷量をクリアすることができる。従
って第１図（ａ）と同様本発明の露光制御が可能となる
。
本例の場合はオーバーフロードレイン７が不要となるた
め感度向上等の利点がある。
め感度向上等の利点がある。
以上説明したように、本発明はオーバーフロードレイン
構造を有するフレームインターライン転送型固体撮像素
子において垂直レジスタへの電荷の読み出し動作及び光
電変換素子の電荷のクリア動作を複数回行うことにより
シャッター動作と比較し異和感のない露光制御を実現で
きるといった効果がある。
構造を有するフレームインターライン転送型固体撮像素
子において垂直レジスタへの電荷の読み出し動作及び光
電変換素子の電荷のクリア動作を複数回行うことにより
シャッター動作と比較し異和感のない露光制御を実現で
きるといった効果がある。
第１図（ａ）は本発明の一実施例による固体撮像素子の
駆動方法に用いる固体撮像素子の平面図、同図（ｂ）は
その駆動タイミングチャート、第２図は本発明の一実施
例による駆動方法における蓄積電荷量の変化を示す図、
第３図は本発明の他の実施例に適用可能な光電変換素子
の構造断面図、第４図はオーバーフロードレイン構造を
もつ通常の光電変換素子の構造断面図、第５図は従来の
シャッター動作を説明するための蓄積電荷量の変化を示
す図である。 ｌ・・・・・・光電変換素子、２，８・・・・・・垂直
転送レジスタ、３・・・・・・読出しゲート、４・・・
・・・転送電極、５・・・・・・オーバーフロー制御電
極、６・・・・・・遮光層、７・・・・・オーバーフロ
ードレイン、９・・・・・・水平転送レジスタ、ｌＯ・
・・・・・出力部、１３・・・・・・Ｐウェル、１４・
・・・・ｎ基板。
駆動方法に用いる固体撮像素子の平面図、同図（ｂ）は
その駆動タイミングチャート、第２図は本発明の一実施
例による駆動方法における蓄積電荷量の変化を示す図、
第３図は本発明の他の実施例に適用可能な光電変換素子
の構造断面図、第４図はオーバーフロードレイン構造を
もつ通常の光電変換素子の構造断面図、第５図は従来の
シャッター動作を説明するための蓄積電荷量の変化を示
す図である。 ｌ・・・・・・光電変換素子、２，８・・・・・・垂直
転送レジスタ、３・・・・・・読出しゲート、４・・・
・・・転送電極、５・・・・・・オーバーフロー制御電
極、６・・・・・・遮光層、７・・・・・オーバーフロ
ードレイン、９・・・・・・水平転送レジスタ、ｌＯ・
・・・・・出力部、１３・・・・・・Ｐウェル、１４・
・・・・ｎ基板。
Claims (1)
- 同一半導体基板上に光電変換素子とこれに隣接する読み
出しゲートと垂直転送レジスタとオーバーフロードレイ
ンを有する撮像領域と垂直転送レジスタと水平転送レジ
スタとを有する蓄積領域とを備え、前記撮像領域と前記
蓄積領域の垂直レジスタがそれぞれ個別の印加パルスに
より独立に駆動可能であり、かつ、前記撮像領域に設け
られた前記オーバーフロードレインにより、瞬時に電荷
のクリア動作が可能な固体撮像素子において、１フィー
ルド期間中に前記光電変換素子から前記撮像領域の垂直
転送レジスタへ電荷を読み出す動作及び前記オーバーフ
ロードレインへの電荷のクリア動作を複数回行うことを
特徴とした固体撮像素子の駆動方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63296660A JPH02142183A (ja) | 1988-11-22 | 1988-11-22 | 固体撮像素子の駆動方法 |
| US07/440,167 US4985776A (en) | 1988-11-22 | 1989-11-22 | Method of driving solid-state imaging element |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63296660A JPH02142183A (ja) | 1988-11-22 | 1988-11-22 | 固体撮像素子の駆動方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02142183A true JPH02142183A (ja) | 1990-05-31 |
Family
ID=17836426
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63296660A Pending JPH02142183A (ja) | 1988-11-22 | 1988-11-22 | 固体撮像素子の駆動方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4985776A (ja) |
| JP (1) | JPH02142183A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0484134A2 (en) * | 1990-10-31 | 1992-05-06 | Canon Kabushiki Kaisha | Control of solid-state image sensor |
| US5585848A (en) * | 1990-10-31 | 1996-12-17 | Canon Kabushiki Kaisha | Control of solid-state image sensor |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5282041A (en) * | 1988-12-15 | 1994-01-25 | Asahi Kogaku Kogyo Kabushiki Kaisha | Apparatus for driving image pick-up device |
| US5257103A (en) * | 1992-02-05 | 1993-10-26 | Nview Corporation | Method and apparatus for deinterlacing video inputs |
| JPH05283670A (ja) * | 1992-04-03 | 1993-10-29 | Sony Corp | 固体撮像素子及び固体撮像素子の電荷読出し方法 |
| JPH0638111A (ja) * | 1992-07-16 | 1994-02-10 | Nec Corp | 二次元電荷結合撮像素子の駆動方法 |
| JP3598648B2 (ja) * | 1996-04-02 | 2004-12-08 | ソニー株式会社 | 電荷転送素子及び電荷転送素子の駆動方法 |
| US5793424A (en) * | 1996-04-22 | 1998-08-11 | Visidyne, Inc. | Synchronously gated high speed CCD imager system |
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| JP2000106678A (ja) * | 1998-09-28 | 2000-04-11 | Victor Co Of Japan Ltd | 撮像装置 |
Citations (1)
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
1988
- 1988-11-22 JP JP63296660A patent/JPH02142183A/ja active Pending
-
1989
- 1989-11-22 US US07/440,167 patent/US4985776A/en not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US4985776A (en) | 1991-01-15 |
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